vuzbiochemiИзвестия вузов. Прикладная химия и биотехнологияProceedings of Universities. Applied Chemistry and Biotechnology2227-29252500-1558ИРНИТУ10.21285/2227-2925-2023-13-2-245-254HIUHAEvuzbiochemi-1026Research ArticleФИЗИКО-ХИМИЧЕСКАЯ БИОЛОГИЯPHYSICOCHEMICAL BIOLOGYИсследование характеристик роста штаммов-продуцентов молочной кислоты с использованием глюкозного сиропа в качестве источника углеродаGrowth characteristics of lactic acid-producing strains using glucose syrup as a carbon sourcehttps://orcid.org/0000-0002-5830-1450СухановаА. А.SukhanovaA. A.

Суханова Анна Алексеевна - кандидат биологических наук, старший научный сотрудник, начальник ОБПМ РЦ «КАС».

660037, Красноярск, пр-т им. газеты Красноярский рабочий, 31

Anna A. Sukhanova - Cand. Sci. (Biology), Senior Researcher, Head of DBPM RC “SAS”.

31, Gazeta Krasnoyarski Rabochii Ave., Krasnoyarsk, 660037

shumilova.ann@mail.ruhttps://orcid.org/0000-0003-2626-893XЕртилецкаяН. Л.ErtiletskayaN. L.

Ертилецкая Наталья Леонидовна - младший научный сотрудник ОБПМ РЦ «КАС».

660037, Красноярск, пр-т им. газеты Красноярский рабочий, 31

Natalya L. Ertiletskaya - Junior Researcher, DBPM RC “SAS”.

31, Gazeta Krasnoyarski Rabochii Ave., Krasnoyarsk, 660037

natalya.ertiletskaya@gmail.comhttps://orcid.org/0000-0002-9190-2792БояндинА. Н.BoyandinA. N.

Бояндин Анатолий Николаевич - кандидат биологических наук, старший научный сотрудник ОБПМ РЦ «КАС».

660037, Красноярск, пр-т им. газеты Красноярский рабочий, 31

Anatoly N. Boyandin - Cand. Sci. (Biology), Senior Researcher, DBPM RC “SAS”.

31, Gazeta Krasnoyarski Rabochii Ave., Krasnoyarsk, 660037

boyandin@biopolymer.prohttps://orcid.org/0009-0001-6308-0031СырцовС. Н.SyrtsovS. N.

Сырцов Сергей Николаевич - научный сотрудник ОБПМ РЦ «КАС».

660037, Красноярск, пр-т им. газеты Красноярский рабочий, 31

Sergey N. Syrtsov - Researcher, DBPM RC “SAS”

31, Gazeta Krasnoyarski Rabochii Ave., Krasnoyarsk, 660037

kaideil@list.ruhttps://orcid.org/0009-0007-1891-4846СередаА. А.SeredaA. A.

Середа Анна Алексеевна - лаборант-исследователь ОБПМ РЦ «КАС».

660037, Красноярск, пр-т им. газеты Красноярский рабочий, 31

Anna A. Sereda - Lab-assistant, DBPM RC “SAS”.

31, Gazeta Krasnoyarski Rabochii Ave., Krasnoyarsk, 660037

nensi.sereda@mail.ruhttps://orcid.org/0009-0005-4653-0319ПрокопчукЮ. А.ProkopchukYu. A.

Прокопчук Юлия Александровна - лаборант-исследователь ОБПМ РЦ «КАС».

660037, Красноярск, пр-т им. газеты Красноярский рабочий, 31

Yulia A. Prokopchuk - Lab-assistant, DBPM RC “SAS”.

31, Gazeta Krasnoyarski Rabochii Ave., Krasnoyarsk, 660037

batori_bloody@mail.ruhttps://orcid.org/0009-0009-5819-119XБроттВ. В.BrottV. V.

Бротт Валерия Викторовна - лаборант-исследователь ОБПМ РЦ «КАС».

660037, Красноярск, пр-т им. газеты Красноярский рабочий, 31

Valeria V. Brott - Lab-assistant, DBPM RC “SAS”.

31, Gazeta Krasnoyarski Rabochii Ave., Krasnoyarsk, 660037

valerie_brt@mail.ruСибирский государственный университет науки и технологий им. М.Ф. РешетневаРоссияReshetnev Siberian State University of Science and TechnologyRussian Federation202302072023132245254Copyright © Суханова А.А., Ертилецкая Н.Л., Бояндин А.Н., Сырцов С.Н., Середа А.А., Прокопчук Ю.А., Бротт В.В., 20232023Суханова А.А., Ертилецкая Н.Л., Бояндин А.Н., Сырцов С.Н., Середа А.А., Прокопчук Ю.А., Бротт В.В.Sukhanova A.A., Ertiletskaya N.L., Boyandin A.N., Syrtsov S.N., Sereda A.A., Prokopchuk Y.A., Brott V.V.Данная работа распространяется под лицензией Creative Commons Attribution 4.0.This work is licensed under a Creative Commons Attribution 4.0 License.https://vuzbiochemi.elpub.ru/jour/article/view/1026

В работе исследованы характеристики роста и продуктивности штаммов-продуцентов молочной кислоты Lactobacillus delbrueckii subsp. bulgaricus 19-11 (ВКПМ В-2368), Lactobacillus acidophilus 5 Дс (ВКПМ В-2846) и Lactococcus lactis subsp. lactis (ВКМ В-1662) на стандартной среде MRS с использованием глюкозного сиропа в качестве углеродного субстрата. По результатам периодического культивирования выбранных штаммов в ферментерах объемом 5 л в течение 72 ч было установлено, что продуктивность снижается в ряду Lactobacillus delbrueckii subsp. bulgaricus 19-11 > Lactobacillus acidophilus 5 Дс > Lactococcus lactis subsp. lactis. Максимальную продуктивность по молочной кислоте 1,94 г/(л×ч) показал L. delbrueckii subsp. bulgaricus 19-11 с соответствующей степенью конверсии глюкозы 87%. После культивирования отмечено незначительное снижение содержания азота, калия и натрия в культуральной жидкости исследуемых штаммов-продуцентов. Содержание остальных макроэлементов (фосфора, кальция, серы, магния, бария и железа) для всех штаммов повысилось пропорционально добавлению глюкозного сиропа в ходе культивирования, что непосредственно связано с их значительным содержанием в его составе. Штаммы Lactobacillus delbrueckii subsp. bulgaricus 19-11 и Lactobacillus acidophilus 5 Дс продуцировали рацемическую (DL)-молочную кислоту, в то время как штамм Lactococcus lactis subsp. lactis продуцировал молочную кислоту с содержанием L-изомера 73%. Использование глюкозного сиропа в биотехнологических процессах может поспособствовать внедрению безотходного производства на соответствующих предприятиях.

This work investigates the growth and productivity characteristics of such lactic-acid producing strains, as Lactobacillus delbrueckii subsp. bulgaricus 19-11 (VKPM B-2368), Lactobacillus acidophilus 5 Ds (VKPM B-2846) and Lactococcus lactis subsp. lactis (VKM B-1662) on standard MRS medium using glucose syrup as a carbon substrate. According to the results of batch cultivation of the selected strains in 5L fermenters for 72 h, the productivity was established to decrease in the Lactobacillus delbrueckii subsp. bulgaricus 19-11 > Lactobacillus acidophilus 5 Ds > Lactococcus lactis subsp. lactis series. L. delbrueckii subsp. bulgaricus 19-11 showed the maximum lactic-acid productivity of 1.94 g/(l×h) with a glucose conversion degree of 87%. After cultivation, a slight decrease in the content of nitrogen, potassium and sodium in the culture liquid of the studied strains was observed. In all strains, the content of other macronutrients (phosphorus, calcium, sulphur, magnesium, barium and iron) increased in proportion to the addition of glucose syrup during cultivation, which is directly related to their significant content in its composition. The Lactobacillus delbrueckii subsp. bulgaricus 19-11 and Lactobacillus acidophilus 5 Ds strains produced racemic (DL) lactic acid, whereas Lactococcus lactis subsp. lactis produced lactic acid with a 73% L-isomer content. The use of glucose syrup in biotechnological processes can contribute to the implementation of waste-free production in the respective enterprises.

молочнокислые бактериипериодическое глубинное культивированиемолочная кислотаLactobacillus acidophilusLactobacillus delbrueckiiLactococcus lactisLactic acid bacteriabatch submerged cultivationlactic acidLactobacillus acidophilusLactobacillus delbrueckiiLactococcus lactisПроект «Исследование механизмов биодеградации образцов изделий на основе полилактида для прогнозирования скорости биодеструкции упаковочных изделий и тары в различных климатических условиях», № 2022110309011 поддержан Красноярским краевым фондом наукиProject «Research of biodegradation mechanisms of polylactide samples for prediction of biodegradation rate of packaging materials in various climates», № 2022110309011 was supported by Krasnoyarsk Regional Fund of ScienceReferencesSolval K.M., Chouljenko A., Chotiko A., Sathivel S. Growth kinetics and lactic acid production of Lactobacillus plantarum NRRL B-4496, L. acidophilus NRRL B-4495, and L. reuteri B-14171 in media containing egg white hydrolysates // LWT. 2019. Vol. 105. P. 393–399. https://doi.org/10.1016/j.lwt.2019.01.058.Solval K.M., Chouljenko A., Chotiko A., Sathivel S. Growth kinetics and lactic acid production of Lactobacillus plantarum NRRL B-4496, L. acidophilus NRRL B-4495, and L. reuteri B-14171 in media containing egg white hydrolysates. LWT. 2019;105:393-399. https://doi.org/10.1016/j.lwt.2019.01.058.Shipovskaya E.A., Eveleva V.V., Cherpalova T.M. Biosynthetic activity study of Lactobacillus acidophilus lactic acid bacteria in the lactose fermentation of whey // Известия вузов. Прикладная химия и биотехнология. 2019. T. 9. N 4. С. 635–642. https://doi.org/10.21285/2227-2925-2019-9-4-635-642.Shipovskaya E.A., Eveleva V.V., Cherpalova T.M. Biosynthetic activity study of Lactobacillus acidophilus lactic acid bacteria in the lactose fermentation of whey. Izvestiya Vuzov. Prikladnaya Khimiya i Biotekhnologiya = Proceedings of Universities. Applied Chemistry and Biotechnology. 2019;9(4):635-642. https://doi.org/10.21285/2227-2925-2019-9-4-635-642.Илушка И.В., Доценко С.П. Влияние основных факторов процесса культивирования на кислотообразующую способность продуцента молочной кислоты Lactococcus lactis СН5 // Политематический сетевой электронный научный журнал Кубанского государственного аграрного университета. 2012. N 82. С. 48–57.Ilushka I.V., Dotsenko S.P. The influence of glucose and yeast autolysate concentration and the method of cultivation on productivity of lactic acid producer Lactococcus lactis CH5. Politematicheskii setevoi elektronnyi nauchnyi zhurnal Kubanskogo gosudarstvennogo agrarnogo universiteta = Polythematic Online Scientific Journal of Kuban State Agrarian University. 2012;(82):48-57. (In Russian).Самуйленко А.Я., Гринь С.А., Еремец В.И., Шинкарев С.М., Неминущая Л.А., Скотникова Т.А. [и др.]. Тенденции развития производства молочной кислоты // Вестник технологического университета. 2017. Т. 20. N 1. С. 162–166.Samuilenko A.Ya., Grin’ S.A., Eremets V.I., Shinkarev S.M., Neminushchaya L.A., Skotnikova T.A., et al. Lactic acid production development trends. Vestnik tekhnologicheskogo universiteta = Herald of Technological University. 2017;20(1):162-166. (In Russian).Шинкарев С.М., Самуйленко А.Я., Неминущая Л.А., Скотникова Т.А., Павленко И.В., Рубцова Г.Н. [и др.]. Совершенствование микробиологического синтеза молочной кислоты // Вестник технологического университета. 2017. Т. 20. N 18. С. 165–170.Shinkarev S.M., Samuilenko A.Ya., Neminushchaya L.A., Skotnikova T.A., Pavlenko I.V., Rubtsova G.N., et al. Improving the microbiological synthesis of lactic acid. Vestnik tekhnologicheskogo universiteta = Herald of Technological University. 2017;20(18):165-170. (In Russian).Евелева В.В., Коршунова Н.А., Баракова Н.В. Перспективные сырьевые источники для производства молочной кислоты // Низкотемпературные и пищевые технологии в XXI веке: IX Международная научно-техническая конференция (г. Санкт-Петербург, 13–15 ноября 2019 г.). СПб.: Санкт-Петербургский национальный исследовательский университет информационных технологий, механики и оптики, 2019. Т. 2. С. 74–78.Eveleva V.V., Korshunova N.A., Barakova N.V. Promising raw materials for the production of lactic acid. In: Nizkotemperaturnye i pishchevye tekhnologii v XXI veke: IX Mezhdunarodnaya nauchno-tekhnicheskaya konferentsiya = Low temperature and food technologies in the 21st century: IX International Scientific and Technical Conference. 13–15 November 2019, Saint Petersburg. Saint Petersburg; 2019, vol. 2, p. 74-78. (In Russian).Wang J., Wang Q., Xu Z., Zhang W., Xiang, J. Effect of fermentation conditions on L-lactic acid production from soybean straw hydrolysate // Journal of Microbiology and Biotechnology. 2015. Vol. 25, no. 1. P. 26–32. https://doi.org/10.4014/jmb.1405.05025.Wang J., Wang Q., Xu Z., Zhang W., Xiang, J. Effect of fermentation conditions on L-lactic acid production from soybean straw hydrolysate. Journal of Microbiology and Biotechnology. 2015;25(1):26-32. https://doi.org/10.4014/jmb.1405.05025.Бондарева О.В., Толкачева А.А., Некрасова Н.А., Шуваева Г.П., Черенков Д.А., Корнеева О.С. Подбор оптимальных условий биосинтеза молочной кислоты // Вестник Воронежского государственного университета инженерных технологий. 2022. Т. 84. N 1. С. 112–117. https://doi.org/10.20914/2310-12022022-1-112-117.Bondareva O.V., Tolkacheva A.A., Nekrasova N.A., Shuvaeva G.P., Cherenkov D.A., Korneeva O.S. Selection of optimal conditions for the lactic acid biosynthesis. Vestnik Voronezhskogo gosudarstvennogo universiteta inzhenernykh tekhnologii = Proceedings of the Voronezh State University of Engineering Technologies. 2022;84(1):112-117. (In Russian). https://doi.org/10.20914/2310-1202-2022-1-112-117.Саламатзадех А.А., Ганбаров Х.Г., Кафшдар джалал А.М. Влияние условий культивирования на продуцирование молочной кислоты у бактерий рода Lactobacillus // Вестник Московского государственного областного университета. Серия: Естественные науки. 2011. N 2. С. 73–77.Salamatzadekh A.A., Ganbarov Kh.G., Kafshdardzhalal A.M. Influence of culture conditions on the production of lactic acid in bacteria of the genus Lactobacillus. Vestnik Moskovskogo gosudarstvennogo oblastnogo universiteta. Seriya: Estestvennye nauki = Bulletin of the MSRU. Series: Natural Sciences. 2011;(2):73-77. (In Russian).Мингазова Л.А., Канарский А.В., Крякунова Е.В., Канарская З.А. Синтез молочной кислоты грибом Rhizopus oryzae F-1030 на питательных средах из сульфитных щелоков // Известия высших учебных заведений. Лесной журнал. 2020. N 2. С. 146–158. https://doi.org/10.37482/0536-1036-2020-2-146-158.Mingazova L.A., Kanarsky A.V., Kryakunova E.V., Kanarskaya Z.A. Lactic acid synthesis by fungus Rhizopus oryzae F-1030 on growth media based on sulphite liquors. Izvestiya vysshikh uchebnykh zavedenii. Lesnoi zhurnal = Bulletin of Higher Educational Institutions. Russian Forestry Journal. 2020;(2):146-158. (In Russian). https://doi.org/10.37482/0536-1036-2020-2146-158.Kawai Y., Saito T., Konno T., Itoh T. Compositional characteristics of lactic acids produced by Lactobacillus acidophilus group lactic acid bacteria // Animal Science and Technology. 1996. Vol. 67, no. 7. P. 621–629.Kawai Y., Saito T., Konno T., Itoh T. Compositional characteristics of lactic acids produced by Lactobacillus acidophilus group lactic acid bacteria. Animal Science and Technology. 1996;67(7):621-629.Shibata K., Flores D.M., Kobayashi G., Sonomoto K. Direct l-lactic acid fermentation with sago starch by a novel amylolytic lactic acid bacterium, Enterococcus faecium // Enzyme and Microbial Technology. 2007. Vol. 41, no. 1-2. P. 149–155. https://doi.org/10.1016/j.enzmictec.2006.12.020.Shibata K., Flores D.M., Kobayashi G., Sonomoto K. Direct l-lactic acid fermentation with sago starch by a novel amylolytic lactic acid bacterium, Enterococcus faecium. Enzyme and Microbial Technology. 2007;41(1-2):149-155. https://doi.org/10.1016/j.enzmictec.2006.12.020.Колеснов А.Ю., Володина Е.М., Альперович Е.Д. Ферментативный анализ изомеров молочной кислоты в молочных продуктах и сырье // Пищевая промышленность. 1997. N 3.Kolesnov A.Yu., Volodina E.M., Al’perovich E.D. Enzymatic analysis of lactic acid isomers in dairy products and raw materials. Pishchevaya promyshlennost’ = Food Industry. 1997;(3). (In Russian).De Man J.C., Rogosa M., Sharpe M.E. A medium for the cultivation of lactobacilli // Journal of Applied Bacteriology. 1960. Vol. 23, no. 1. P. 130–135. https://doi.org/10.1111/j.1365-2672.1960.tb00188.x.De Man J.C., Rogosa M., Sharpe M.E. A medium for the cultivation of lactobacilli. Journal of Applied Bacteriology. 1960;23(1):130-135. https://doi.org/10.1111/j.1365-2672.1960.tb00188.x.Борщевская Л.Н., Гордеева Т.Л., Калинина А.Н., Синеокий С.П. Спектрофотометрическое определение молочной кислоты // Журнал аналитической химии. 2016. Т. 71. N 8. С. 787–790. https://doi.org/10.7868/S004445021608003X.Borshchevskaya L.N., Gordeeva T.L., Kalinina A.N., Sineokii S.P. Spectrophotometric determination of lactic acid. Zhurnal analiticheskoi khimii = Journal of Analytical Chemistry. 2016;71(8):787-790. (In Russian). https://doi.org/10.7868/S004445021608003X.Ding X., Lin Sh., Weng H., Liang J. Separation and determination of the enantiomers of lactic acid and 2-hydroxyglutaric acid by chiral derivatization combined with gas chromatography and mass spectrometry // Journal of Separation Science. 2018. Vol. 41, no. 12. P. 2576–2584. https://doi.org/10.1002/jssc.201701555.Ding X., Lin Sh., Weng H., Liang J. Separation and determination of the enantiomers of lactic acid and 2-hydroxyglutaric acid by chiral derivatization combined with gas chromatography and mass spectrometry. Journal of Separation Science. 2018;41(12):2576-2584. https://doi.org/10.1002/jssc.201701555.Бочкова А.П., Евелева В.В. Технология молочной кислоты с использованием селекционированного штамма молочнокислых бактерий Lactobacillus delbrueckii ВКПМ в-8744 // Успехи современного естествознания. 2005. N 9. С. 68–68.Bochkova A.P., Eveleva V.V. Lactic acid technology using a selected strain of lactic acid bacteria Lactobacillus delbrueckii VKPM v-8744. Uspekhi sovremennogo estestvoznaniya. 2005;(9):68-68. (In Russian).Шавыркина Н.А., Скиба Е.А. Получение молочной кислоты из шелухи овса // Известия вузов. Прикладная химия и биотехнология. 2021. Т. 11. N 1. С. 99–106. https://doi.org/10.21285/2227-2925-202111-1-99-106.Shavyrkina N.A., Skiba E.A. Obtaining lactic acid from oat husks. Izvestiya Vuzov. Prikladnaya Khimiya i Biotekhnologiya = Proceedings of Universities. Applied Chemistry and Biotechnology. 2021;11(1):99-106. (In Russian). https://doi.org/10.21285/2227-2925-202111-1-99-106.Carr F.J., Chill D., Maida N. The lactic acid bacteria: a literature survey // Critical Reviews in Microbiology. 2002. Vol. 28, no. 4. P. 281–370. https://doi.org/10.1080/1040-840291046759.Carr F.J., Chill D., Maida N. The lactic acid bacteria: a literature survey. Critical Reviews in Microbiology. 2002;28(4):281-370. https://doi.org/10.1080/1040840291046759.Abedi E., Hashemi S.M.B. Lactic acid production–producing microorganisms and substrates sources-state of art // Heliyon. 2020. Vol. 6, no. 10. P. e04974. https://doi.org/10.1016/j.heliyon.2020.e04974.Abedi E., Hashemi S.M.B. Lactic acid production–producing microorganisms and substrates sources-state of art. Heliyon. 2020;6(10):e04974. https://doi.org/10.1016/j.heliyon.2020.e04974.Annunziata M., Nastri L., Cecoro G., Guida L. The use of Poly-d, l-lactic acid (PDLLA) devices for bone augmentation techniques: a systematic review // Molecules. 2017. Vol. 22, no. 12. P. 2214. https://doi.org/10.3390/molecules22122214.Annunziata M., Nastri L., Cecoro G., Guida L. The use of Poly-d, l-lactic acid (PDLLA) devices for bone augmentation techniques: a systematic review. Molecules. 2017;22(12):2214. https://doi.org/10.3390/molecules22122214.

The authors declare that there are no conflicts of interest present.